85696 (589858), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

По условию, , откуда

; ;

.

Левая часть двойного неравенства задает область, лежащую вне круга с центром в точке K(–0,5; 0,5) и радиусом 1. правая часть задает круг с центром в точке K и радиусом 2. В каждом случае граница не включается в заданное множество. Искомое множество точек изображено на рис. 23.

Рис.23.

Задача 47. Из всех чисел , удовлетворяющих условию , найдите такие, что принимает наименьшее значение.

Решение

I способ.

Пусть . Тогда .

Уравнение задает на комплексной плоскости окружность с центром в точке O(0; 0) и радиусом 5. С геометрической точки зрения величина представляет собой сумму расстояний от точки, соответствующей комплексному числу , до точек A(7; 0) B(0; 7), соответствующих числами 7 и 7i. Из рис. 24 видно, что окружность с центром в O и радиусом 5 пересекает отрезок AB в двух точках P и Q. Эти точки и будут соответствовать тем комплексным числам, для которых величина принимает наименьшее значение.

Действительно, для точек P и Q значение равно длине отрезка AB, а для любой точки N окружности, отличной от P и Q, в силу неравенства треугольника справедливо соотношение AN+BN>AB.

y

Рис. 24.

Найдем координаты точек P и Q. Эти точки лежат на прямой AB, которая задается уравнением . Решим систему

Так как , то перейдем к системе

Уравнение имеет корни 3 и 4, поэтому решениями системы являются пары (3; 4) и (4; 3). Таким образом, точкам P и Q соответствуют числа и .

II способ. Пусть . Тогда (см. I способ);

.

Найдем пары (x; y), для которых достигается минимум функции при условии . Поскольку функция принимает не отрицательное значения при всех допустимых x и y, вместо минимума функции φ можно рассматривать минимум функции

.

Преобразуем последнее выражение к виду

,

так как , то ,

откуда .

Произведем замену и найдем значение t, для которых достигается минимум функции или , или после замены – те значения p, при которых минимально выражение .

Исследуем функцию с помощью производной. Имеем ; , если , т.е. если , а . Последнее равенство выполняется при .

Нетрудно убедиться в том, что если , то , т.е. убывает, а если , то , т.е. возрастает. При функция принимает наименьшее значение.

Значению соответствует , при . Отсюда, учитывая соотношение , находим , или , и получаем окончательный ответ.

Ответ: и .

Замечание. Конечно, II способ более трудоемкий, но вместе с тем и более универсальный. В частности, если бы на отрезке AB не нашлось ни одной точки, удовлетворяющей заданному в условии равенству, то решение I способом было бы вообще невозможно.

Задача 48. Изобразите множество точек комплексной плоскости, удовлетворяющих условию: .

Решение

Представим в виде и преобразуем заданную дробь:

.

Мнимая часть дроби равна .

Неравенство равносильно системе

Неравенство перепишем в виде . Это соотношение задает круг с центром в точке (1; 1) и радиусом 1. Точка (1;0) принадлежит кругу, однако ее координаты не удовлетворяют второму условию системы. Полученное множество изображено на рис. 25.

Рис. 25.

Задача 49. Среди комплексных чисел , удовлетворяющих условию: , найдите число с наименьшим модулем.

Решение

Воспользуемся геометрическим смыслом модуля комплексного числа. Как известно, для комплексных чисел и w величина равна расстоянию между точками комплексной плоскости, соответствующими числами и w. Точки, соответствующие числам , для которых выполняется равенство , равноудалены от точек (0; 0) и (0; 2) комплексной плоскости, а, следовательно, образуют прямую . Среди точек прямой наименее удаленной от начала координат является точка (0; 1). Она соответствует числу – числу с наименьшим модулем, удовлетворяющему заданному уравнению.

Ответ: .

Задача 50. Пусть M – множество точек комплексной плоскости таких, что ; K – множество точек комплексной плоскости вида , где . Найдите расстояние между фигурами M и K.

Решение

I способ.

Пусть ; тогда , откуда

. Множество точек M комплексной плоскости, удовлетворяющих данному условию, есть окружность с центром в точке O1 (0; ) и радиусом 0,5.

По условию, , т.е. . Полагая , имеем и .

Множество K точек комплексной плоскости, удовлетворяющих этому условию, есть окружность с центром в точке O2 (– ; 0) и радиусом 0,5. Так как окружности M и K не имеют общих точек, то расстоянием между ними (рис. 26) является длина отрезка PN линии центров, т.е. .

Рис. 26.

Ответ: 1.

Замечание. Геометрическое обоснование того, что длина отрезка PN есть расстояние между данными фигурами, весьма просто. Действительно, возьмем на окружностях K и M такие точки N1 и P1 соответственно (рис. 27), что , . Для ломанной O1P1N1O2 и прямой O1O2 выполняется неравенство O1P1+ P1N1+ N1O2 > O1P+ PN+ NO2. Вычитая из обеих частей неравенства сумму радиусов, получаем P1N1 > PN.

Рис. 27.

II способ.

Запишем неравенства . Таким образом, . Это значит, что расстояние от точек фигуры M до точки O1 (0; ) постоянно и равно 0,5. фигура M – окружность с центром в точке O1 и радиусом 0,5. Условие означает, что множество K получено поворотом точек множества M на угол вокруг начала координат, т.е. представляет собой окружность с центром в точке O2 (– ; 0) и радиусом 0,5. Дальнейшие рассуждения такие же, как при решении I способом.

Задача 51. Найдите наибольший модуль комплексного числа , удовлетворяющего условию .

Решение

Так как , а . Это круг с центром в точке A (3; 4) и радиусом .

Поскольку OA= 5, , имеем . Среди точек круга существует точка , для которой . Это точка пересечения границы круга и продолжения отрезка OA.

Ответ: 6.

Задача 52. Решите систему уравнений

Решение

Так как , то . Это множество – серединный перпендикуляр к отрезку AB, где A (0; 2), B (0; 4) – точки, соответствующие числам и . Уравнение этого перпендикуляра есть . Из второго уравнения системы имеем . Пусть , тогда . Так как для каждой из искомых точек, то ; . корнями этого уравнения являются числа 2 и – 4. системе уравнений удовлетворяют 2 числа: и .

Ответ: ; .

Задача 53. Изобразите на комплексной плоскости множество точек, удовлетворяющих условию .

Решение

Пусть , тогда и, значит,

, . Исходное неравенство перепишется так: . Последнее неравенство можно заменить системой двух условий: и , или и .

Искомое множество изображено на рис. 28. Отметим, что граница множества (прямая ) принадлежит ему за исключением точки (0; 0).

Рис. 28.

Задача 53. Множество точек комплексной плоскости определяется условие . В каких пределах изменяется .

Решение

Множество точек, заданное условием , определяется на комплексной плоскости круг с центром в точке и радиусом 1. такой круг в системе координат xOy задается неравенством .

Пусть , тогда , , . Задача сводиться к определению границ, в которых может изменяться соотношение при условии . Вопрос может быть сформулирован так: при каких значениях система

имеет хотя бы одно решение?

Последняя система равносильна следующей:

или

Эта система имеет решения тогда, когда имеет решение квадратное неравенство . Так как коэффициент при положителен, то оно имеет решения, если дискриминант квадратного трехчлена в его левой части неотрицателен. Имеем

.

при .

Ответ: .

2.3. Тригонометрическая форма комплексных чисел

Пусть вектор задается на комплексной плоскости числом .

Обозначим через φ угол между положительной полуосью Ox и вектором (угол φ считается положительным, если он отсчитывается против часовой стрелки, и отрицательным в противном случае).

Рис. 29

Обозначим длину вектора через r. Тогда . Обозначим также

.

Тогда

.

Запись отличного от нуля комплексного числа z в виде

(2)

называется тригонометрической формой комплексного числа z. Число r называется модулем комплексного числа z, а число φ называется аргументом этого комплексного числа и обозначается Arg z.

Тригонометрическая форма записи комплексного числа – (формула Эйлера) – показательная форма записи комплексного числа:

.

У комплексного числа z имеется бесконечно много аргументов: если φ0 – какой-либо аргумент числа z, то все остальные можно найти по формуле

.

Характеристики

Список файлов ВКР